(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される画素データのゲインコントラストを調節して、画素アレイから感知されたイメージ明るさ分布を調節するゲインコントラスト調節部を含むイメージセンサーにおいて、
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記イメージ明るさ分布の設定された基準値に従ってイメージの暗い部分と明るい部分とを分割し、前記イメージの暗い部分の明るさ最小値と前記イメージの明るい部分の明るさ最大値を算出し、
前記明るさ最小値に応じて前記暗い部分の第１ゲインコントラストを決定し、前記明るさ最大値に応じて前記明るい部分の第２ゲインコントラストを決定し、
画素データの明るさデータ値と設定された初期明るさ最小値とを比較して、前記明るさデータ値が前記初期明るさ最小値より小さい場合には、１フレーム内の全ての画素データに対して前記初期明るさ最小値を前記明るさデータ値に更新して前記明るさ最小値を算出し、前記イメージ明るさ分布を調節することを特徴とするイメージセンサー。
【請求項２】
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記画素データの明るさデータ値と設定された初期明るさ最大値とを比較して、前記明るさデータ値が前記初期明るさ最大値より大きい場合には、１フレーム内の全ての画素データに対して前記初期明るさ最大値を前記明るさデータ値に更新して前記明るさ最大値を算出することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記明るさ最小値を用いて初期ゲインロー値を決定し、決定されたゲインロー値と設定されたゲイン最大値とを比較して、前記ゲインロー値と前記ゲイン最大値のうち、いずれか１つを前記暗い部分の前記第１ゲインコントラストに決定することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記明るさ最大値を用いて初期ゲインハイ値を決定し、決定されたゲインハイ値と前記ゲイン最大値とを比較して、前記ゲインハイ値と前記ゲイン最大値のうち、いずれか１つを前記明るい部分の前記第２ゲインコントラストに決定することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
イメージを感知して画素データを生成する画素アレイと、
前記画素データをデジタル画素データに変換するアナログデジタルコンバータと、
前記アナログデジタルコンバータから出力されたＲＧＢデータをＹＣｂＣｒデータに変換するカラー空間変換部と、
前記ＹＣｂＣｒデータを用いて前記イメージ明るさ分布のうち、設定された基準値を基準として分割された前記イメージの暗い部分の明るさ最小値と前記イメージの明るい部分の明るさ最大値を算出し、前記明るさ最小値に応じて前記暗い部分の第１ゲインコントラストを決定し、前記明るさ最大値に応じて前記明るい部分の第２ゲインコントラストを決定し、前記イメージ明るさ分布を調節するゲインコントラスト調節部と
を含んでなり、
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記ＹＣｂＣｒデータの明るさデータ値と設定された初期明るさ最小値とを比較して、前記明るさデータ値が前記初期明るさ最小値より小さい場合には、１フレーム内の全ての画素データに対して前記初期明るさ最小値を前記明るさデータ値に更新して前記明るさ最小値を算出することを特徴とするイメージセンサー。
【請求項６】
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記ＹＣｂＣｒデータの明るさデータ値と設定された初期明るさ最大値とを比較して、前記明るさデータ値が前記初期明るさ最大値より大きい場合には、１フレーム内の全ての画素データに対して前記初期明るさ最大値を前記明るさデータ値に更新して前記明るさ最大値を算出することを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記明るさ最小値を用いて初期ゲインロー値を決定し、決定されたゲインロー値と設定されたゲインしきい値とを比較して、前記ゲインロー値と前記ゲインしきい値のうち、いずれか１つを前記暗い部分の前記第１ゲインコントラストに決定することを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記ゲインコントラスト調節部が、
前記明るさ最大値を用いて初期ゲインハイ値を決定し、決定されたゲインハイ値と前記ゲインしきい値とを比較して、前記ゲインハイ値と前記ゲインしきい値のうち、いずれか１つを前記明るい部分の前記第２ゲインコントラストに決定することを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記画素アレイから出力された前記画素データの固定パターン雑音を除去するための相互連関した２重サンプリング部と、
前記サンプリング部から出力された画素データを増幅させて出力し、前記アナログデジタルコンバータに出力する可変増幅部と
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
前記アナログデジタルコンバータから出力された１チャンネルデジタル画素データを３チャンネルＲＧＢデータに出力するカラー補間部と、
該カラー補間部から出力された３チャンネルＲＧＢデータを補正して、前記カラー空間変換部に出力するカラー補正部と
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
【請求項１１】
画素アレイから感知されたイメージ明るさ分布を調節するイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法において、
前記イメージ明るさ分布のうち、設定された基準値を基準として分割された前記イメージの暗い部分の明るさ最小値と前記イメージの明るい部分の明るさ最大値を算出するステップと、
前記明るさ最小値に応じて前記暗い部分の第１ゲインコントラストを決定し、前記明るさ最大値に応じて前記明るい部分の第２ゲインコントラストを決定し、前記イメージ明るさ分布を調節するステップと、
画素データの明るさデータ値と設定された初期明るさ最小値とを比較するステップと、
前記明るさデータ値が前記初期明るさ最小値より小さい場合には、１フレーム内の全ての画素データに対して前記初期明るさ最小値を前記明るさデータ値に更新して前記明るさ最小値を算出するステップと
を備えることを特徴とするイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１２】
前記画素データの明るさデータ値と設定された初期明るさ最大値とを比較するステップと、
前記明るさデータ値が前記初期明るさ最大値より大きい場合には、１フレーム内の全ての画素データに対して前記初期明るさ最大値を前記明るさデータ値に更新して前記明るさ最大値を算出するステップと
を備えることを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１３】
前記明るさ最小値を用いて初期ゲインロー値を決定するステップと、
決定されたゲインロー値と設定されたゲイン最大値とを比較するステップと、
前記ゲインロー値と前記ゲイン最大値のうち、いずれか１つを前記暗い部分の前記第１ゲインコントラストに決定するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１４】
前記明るさ最大値を用いて初期ゲインハイ値を決定するステップと、
決定されたゲインハイ値と前記ゲイン最大値とを比較するステップと、
前記ゲインハイ値と前記ゲイン最大値のうち、いずれか１つを前記明るい部分の前記第２ゲインコントラストに決定するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１５】
画素アレイから感知されたイメージ明るさ分布を調節するイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法において、
初期明るさ最小値、初期明るさ最大値、明るさしきい値及びゲイン最大値を設定するステップと、
設定された基準値を基準として、前記イメージの暗い部分と明るい部分を分割するステップと、
前記画素データの明るさデータ値と、前記初期明るさ最小値及び前記初期明るさ最大値をそれぞれ比較して、前記暗い部分の明るさ最小値と前記明るい部分の明るさ最大値を算出するステップと、
前記明るさ最小値と前記明るさ最大値を用いてゲインロー値とゲインハイ値を決定するステップと、
前記ゲイン最大値と前記ゲインロー値を比較して、前記暗い部分に適用される第１ゲインコントラストを選択するステップと、
前記ゲイン最大値と前記ゲインハイ値を比較して、前記明るい部分に適用される第２ゲインコントラストを選択するステップと
を含んでなり、
前記明るさ最小値及び前記明るさ最大値を算出するステップが、
１フレーム内に存在する全ての画素データの明るさデータ値と、前記初期明るさ最小値及び前記初期明るさ最大値とを比較して算出し、
前記明るさデータ値が前記初期明るさ最小値より小さい場合には、前記初期明るさ最小値を前記明るさデータ値に更新することを特徴とするイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１６】
前記設定された基準値を基準として、前記イメージの暗い部分と明るい部分を分割するステップ後、前記画素データの明るさデータ値が前記明るさしきい値より小さい場合には、該画素データを雑音と判断するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１７】
前記明るさデータ値が前記初期明るさ最大値より大きい場合には、前記初期明るさ最大値を前記明るさデータ値に更新することを特徴とする請求項１５に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１８】
前記ゲイン最大値が前記ゲインロー値より大きい場合には、前記ゲインロー値を前記暗い部分の前記第１ゲインコントラストに選択することを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項１９】
前記ゲイン最大値が前記ゲインロー値より小さい場合には、前記ゲイン最大値を前記暗い部分の前記第２ゲインコントラストに選択することを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項２０】
前記ゲイン最大値が前記ゲインハイ値より大きい場合には、前記ゲインハイ値を前記明るい部分の前記第２前記ゲインコントラストに選択することを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【請求項２１】
前記ゲイン最大値が前記ゲインハイ値より小さい場合には、前記ゲイン最大値を前記明るい部分の前記第２ゲインコントラストに選択することを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体設計技術に関し、特に、イメージセンサー及びイメージ明るさ分布調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラは、インターネットを利用した映像通信の発展に伴って、その需要が爆発的に増加している傾向にある。さらに、カメラが装着されたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunications-2000）、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）端末機などのような移動通信端末機の普及が増加されるにつれて、小型カメラモジュールの需要が増えている。
【０００３】
カメラモジュールは、基本的にイメージセンサーを含む。一般に、イメージセンサーとは、光学映像（optical image）を電気信号に変換させる素子をいう。このようなイメージセンサーには、電荷結合素子（Charge Coupled Device、以下、ＣＣＤとする）とＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーが広く使用されている。
【０００４】
イメージセンサーは、人瞳の紅彩のような役割を果たす光露出の自動制御が必須不可欠であり、様々な環境下でより知能的、且つ効率的な明るさ調節が必要である。
【０００５】
一般に、画面の明るさ分布の改善による動的範囲（dynamic range）を拡張するためには、単一ゲイン（uniform gain）コントラストを使用する。単一ゲインコントラストは、イメージセンサーの画面明るさ分布に関係なく、常に同じゲインを適用するため、低対比映像は、出力動的範囲（output dynamic range）の拡張に限界があり、高対比映像は、暗い領域または明るい領域に飽和（saturation）現象が生じて、出力動的範囲は拡張されるものの、入力動的範囲（input dynamic range）を減少させてイメージの低下を誘発するようになる。また、ヒストグラム均等化（histogram equalization）は、イメージセンサー画面の明るさ分布に合せて最も最適化されたイメージを得ることができるが、画素数が増加するほどハードウェアの構造が複雑になる短所がある。
【０００６】
図１は、従来の技術に係る単一ゲインコントラストを有するイメージセンサーの構成を示したブロック図である。
【０００７】
図１に示すように、従来の技術に係るイメージセンサーは、画素アレイ部１０と、相互関連された２重サンプリング部（Correlated Double Sampling；以下、ＣＤＳとする）２０と、プログラマブル利得増幅器（Programmable Gain Amplifier；以下、ＰＧＡとする）３０と、アナログデジタルコンバータ（Analog Digital Converter；以下、ＡＤＣとする）４０と、タイミング制御部（timing controller）５０と、デジタル信号処理部（Digital Signal Process；以下、ＤＳＰとする）６０と、格納媒体であるラインバッファ（line buffer）７０とからなる。この他にも、ローデコーダ（row decoder）とカラムデコーダ（column decoder）をさらに備えてなる。
【０００８】
画素アレイ部１０は、Ｍ×Ｎ（ここで、Ｎ、Ｍは、自然数）個の画素がマトリックス形態で配置され、外部から入射されるイメージに対する情報を感知して画素信号を出力する。
【０００９】
ＣＤＳ２０は、画素アレイ部１０より読み出された画素信号から相互連関した２重サンプリング技法により画素間の固定パターン雑音（Fixed Pattern Noise）を除去する。
【００１０】
ＰＧＡ３０は、ＣＤＳ２０から出力された画素信号を適当な大きさの電気的信号に変換させる。
【００１１】
ＡＤＣ４０は、ＰＧＡ３０から出力されたアナログ画素信号をデジタル信号に変換する。
【００１２】
タイミング制御部５０は、イメージセンサーの全般的な動作を制御する。ローデコーダ及びカラムデコーダを制御し、イメージセンサーの動作環境に応じて内部動作に関連した事項に対して様々な値に変換が可能で、変換された情報に応じて全体チップの動作を制御する。
【００１３】
ＤＳＰ６０は、ＡＤＣ４０から出力されるデジタル画素信号を映像処理して画像を処理する。一般に、ＤＳＰ６０は、デジタル画素信号を処理するために、ガンマ補正部（gamma correction）、カラー補間部（color interpolation）、カラー補正部（color correction）、カラー空間変換部（color space converter）、単一ゲインコントラスト調節部６１、自動ホワイトバランス制御部（Auto White Balance controller）、自動露出制御部（Auto Exposure Controller）、出力フォーマッティング部（output formatting）を含む。
【００１４】
単一ゲインコントラスト調節部６１は、カラー空間変換部（color space converter）を介してＹＣｂＣｒに変換されたデータに同じ利得値を加えて明るさを調節する。
【００１５】
このような構成を有する従来の技術に係るイメージセンサーの全般的な動作特性を説明すれば、次の通りである。
【００１６】
まず、画素アレイ部１０から読み出された画素信号は、ＣＤＳ２０及びＰＧＡ３０からなるアナログ信号処理部を介して所定の利得値に増幅される。このように増幅されたアナログ画素信号は、ＡＤＣ４０によりデジタル信号に変換されてＤＳＰ６０に出力される。
【００１７】
ＤＳＰ６０に入力されたデジタル画素信号は、ガンマ補正部、カラー補間部、カラー補正部、カラー空間変換部を経由して映像処理される。カラー空間変換部は、カラー補正部を介して入力されるＲＧＢデータをＹＣｂＣｒに変換して出力する。単一ゲインコントラスト調節部６１は、カラー空間変換部から出力されるＹＣｂＣｒデータに同じ利得値を加えて明るさを調節する。同じ利得値が加えられた画像データは、出力フォーマッティング部を介して出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の技術に係るイメージセンサーは、イメージ明るさを調節するにあって、単一ゲインコントラスト法を使用してイメージセンサーの画面明るさ分布に関係なく、常に同じ利得値を加えて明るさを調節するため、低対比映像は、出力動的範囲の拡張に限界があり、高対比映像は、暗い領域または明るい領域に飽和現象が生じて、出力動的範囲は拡張されるものの、入力動的範囲を減少させてイメージの低下を誘発させる。
【００１９】
本発明は、上記した従来の技術の問題を解決するために提案されたものであって、その目的は、単一ゲインコントラスト法を適用するとき引き起こされる出力動的範囲拡張の限界を克服し、入力動的範囲の減少現象を防止して、イメージ明るさ分布を安定に調節できるイメージセンサーを提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、２重ゲインコントラスト法を利用したイメージ明るさ分布調節方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
そこで、上記の目的を達成するための本発明は、入力される画素データのゲインコントラストを調節して、画素アレイから感知されたイメージ明るさ分布を調節するゲインコントラスト調節部を含むイメージセンサーにおいて、前記ゲインコントラスト調節部が、前記イメージ明るさ分布のうち、設定された基準値を基準として分割された暗い部分の明るさ最小値と明るい部分の明るさ最大値を算出し、算出された明るさ最小値と明るさ最大値に応じて、前記イメージの前記暗い部分と前記明るい部分の２重ゲインコントラストを決定し、前記イメージ明るさ分布を調節するイメージセンサーを提供する。
【００２２】
また、上記の目的を達成するための本発明は、イメージを感知して画素データを生成する画素アレイと、前記画素データをデジタル画素データに変換するアナログデジタルコンバータと、前記アナログデジタルコンバータから出力されたＲＧＢデータをＹＣｂＣｒデータに変換するカラー空間変換部と、前記ＹＣｂＣｒデータを用いて前記イメージ明るさ分布のうち、設定された基準値を基準として分割された暗い部分の明るさ最小値と明るい部分の明るさ最大値を算出し、算出された明るさ最小値と明るさ最大値に応じて、前記イメージの前記暗い部分と前記明るい部分の２重ゲインコントラストを決定し、前記イメージ明るさ分布を調節するゲインコントラスト調節部とを含むイメージセンサーを提供する。
【００２３】
なお、上記の目的を達成するための本発明は、入力される画素データのゲインコントラストを調節して、画素アレイから感知されたイメージ明るさ分布を調節するイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法において、前記イメージ明るさ分布のうち、設定された基準値を基準として分割された暗い部分の明るさ最小値と明るい部分の明るさ最大値を算出し、算出された明るさ最小値と明るさ最大値に応じて、前記イメージの前記暗い部分と前記明るい部分の２重ゲインコントラストを決定し、前記イメージ明るさ分布を調節するイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法を提供する。
【００２４】
さらに、上記の目的を達成するための本発明は、入力される画素データのゲインコントラストを調節して、画素アレイから感知されたイメージ明るさ分布を調節するイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法において、初期明るさ最小値、初期明るさ最大値、明るさしきい値及びゲイン最大値を設定するステップと、設定された基準値を基準として、前記イメージの暗い部分と明るい部分を分割するステップと、前記画素データの明るさデータ値と、前記初期明るさ最小値及び前記初期明るさ最大値をそれぞれ比較して、前記暗い部分の明るさ最小値と前記明るい部分の明るさ最大値を算出するステップと、前記明るさ最小値と前記明るさ最大値を用いてゲインロー値とゲインハイ値を決定するステップと、前記ゲイン最大値と、前記ゲインロー値及び前記ゲインハイ値をそれぞれ比較して、前記暗い部分及び前記明るい部分にそれぞれ適用されるゲインコントラストをそれぞれ選択するステップとを含むイメージセンサーのイメージ明るさ分布調節方法を提供する。
【００２５】
本発明は、イメージ明るさ分布のうち、暗い部分の最小データと明るい部分の最大データを算出して、最小データと最大データの値に応じて暗い部分と明るい部分の２重ゲインコントラストを決定し、イメージ明るさ分布を適切に調節する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に係るイメージセンサーの構成を説明するために示したブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、本発明の実施形態に係るイメージセンサーは、２重ゲインコントラスト調節部１６５を備える。
【００２９】
２重ゲインコントラスト調節部１６５は、イメージのローレベル（LOW level）とハイレベル（HIGH level）を決定してイメージ明るさ分布領域を調節する。すなわち、イメージ明るさ分布のうち、暗い部分の最小値と明るい部分の最大値を算出し、このように算出された最小値と最大値により暗い部分と明るい部分のゲインコントラスト（gain contrast）を決定してイメージ明るさ分布を調節する。特に、暗い部分の場合、雑音による影響を除去するために、予め設定したしきい値（threshold）より最小データ値が大きなときのみに有効なデータと判定する。したがって、低対比映像、高対比映像、そして、明るい映像と暗い映像に対してローレベルゲイン（low level gain）とハイレベルゲイン（high level gain）に沿って適用し、イメージ明るさ分布領域を適切に調節することができる。
【００３０】
これを具体的に説明すれば、次の通りである。
【００３１】
本発明の実施形態に係るイメージセンサーは、画素アレイ部１１０と、画素アレイ部１１０から出力された画素データをイメージ処理するための処理部、すなわち、ＣＤＳ１２０と、ＰＧＡ１３０と、ＡＤＣ１４０と、タイミング制御部１５０と、２重ゲインコントラスト調節部１６５を含むＤＳＰ１６０と、格納媒体であるラインバッファ１７０とを備える。この他にも、画素アレイ部１１０の画素を選択するためのローデコーダとカラムデコーダをさらに備えてなる。
【００３２】
画素アレイ部１１０は、Ｍ×Ｎ（ここで、Ｎ、Ｍは、自然数）個の画素がマトリックス形態で配置され、外部から入射されるイメージに対する情報を感知して画素信号を出力する。
【００３３】
ＣＤＳ１２０は、画素アレイ部１１０より読み出された画素信号から相互連関した２重サンプリング技法により画素間の固定パターン雑音を除去する。
【００３４】
ＰＧＡ１３０は、ＣＤＳ１２０から出力された画素信号を適当な大きさの電気的信号に変換させる。
【００３５】
前記ＣＤＳ１２０とＰＧＡ１３０は、アナログ画素信号を処理するブロックであって、アナログ処理部という。
【００３６】
ＡＤＣ１４０は、ＰＧＡ１３０から出力されたアナログ画素信号をデジタル信号に変換する。
【００３７】
タイミング制御部１５０は、イメージセンサーの全般的な動作を制御する。ローデコーダ及びカラムデコーダを制御し、イメージセンサーの動作環境に応じて内部動作に関連した事項に対して様々な値に変換が可能で、変換された情報に応じて全体チップの動作を制御する。
【００３８】
ＤＳＰ１６０は、ＡＤＣ１４０から出力されるデジタル画素信号を画像処理する。
【００３９】
図３は、図２に示されたＤＳＰ１６０の構成を詳細に示したブロック図である。
【００４０】
図３に示すように、ＤＳＰ１６０は、ガンマ補正部１６１、カラー補間部１６２、カラー補正部１６３、カラー空間変換部１６４、２重ゲインコントラスト調節部１６５、自動ホワイトバランス制御部１６７、自動露出制御部１６８、出力フォーマッティング部１６６を含む。
【００４１】
カラー補間部１６２は、ガンマ補正部１６１から出力された１チャンネルＲＧＢデータを３チャンネルＲＧＢデータに変換して出力する。
【００４２】
カラー補正部１６３は、カラー補間部１６２から出力された３チャンネルＲＧＢデータを補正する。
【００４３】
カラー空間変換部１６４は、カラー補正部１６３から出力された３チャンネルＲＧＢデータをＹＣｂＣｒデータに変換して出力する。
【００４４】
２重ゲインコントラスト調節部１６５は、カラー空間変換部１６４より出力されるＹＣｂＣｒデータからイメージ明るさ分布を判断して、このようなイメージ明るさ分布のうち、暗い部分の最小値と明るい部分の最大値を算出し、このように算出された最小値と最大値により暗い部分と明るい部分のゲインコントラストを決定し、このように決定されたゲインコントラストを適切に加えてイメージ明るさ分布を調節する。
【００４５】
以下、図４を参照して２重ゲインコントラスト調節部１６５によるイメージ明るさ分布調節方法を説明する。
【００４６】
図４は、本発明の実施形態に係るイメージ明るさ分布調節方法を説明するために示したフローチャートである。
【００４７】
図４に示すように、まず、明るさ最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩと、明るさ最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷ、明るさしきい値ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＬＯＷ、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸを決定する（Ｓ４１）。このような明るさ最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩと、明るさ最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷ、明るさしきい値ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＬＯＷ、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸは、予めユーザにより決定されて、図３に示されたラインバッファ１７０に格納される。
【００４８】
その後、カラー空間変換部１６４より出力された画素データから現在画素データの明るさデータＹＰＲＥと予め設定された基準値、例えば、「１２８」（コード値）より大きいか、または小さいかを比較する（Ｓ４２）。
【００４９】
ステップＳ４２において、現在画素データの明るさデータＹＰＲＥが１２８より大きなとき、明るさデータＹＰＲＥと明るさ最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩとを比較する（Ｓ４３）。逆に、明るさデータＹＰＲＥが１２８より小さなとき、明るさデータＹＰＲＥとしきい値ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＬＯＷとを比較する（Ｓ４４）。
【００５０】
ステップＳ４３において、明るさデータＹＰＲＥが明るさ最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩより大きければ、最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩを明るさデータＹＰＲＥに更新する（Ｓ４５）。これとは逆に、明るさデータＹＰＲＥが明るさ最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩより小さければ、最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩをそのまま維持する（Ｓ４６）。
【００５１】
ステップＳ４４において、明るさデータＹＰＲＥがしきい値ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＬＯＷより小さなとき、ステップＳ４２にフィードバックし、明るさデータＹＰＲＥがしきい値ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＬＯＷより大きなとき、明るさデータＹＰＲＥと最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷとを比較する（Ｓ４７）。この時、明るさデータＹＰＲＥをしきい値ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＬＯＷと比較する理由は、データに含まれた雑音を除去するためである。
【００５２】
ステップＳ４７において、明るさデータＹＰＲＥが最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷより大きければ、最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷをそのまま維持する（Ｓ４８）。明るさデータＹＰＲＥが最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷより小さければ、最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷを明るさデータＹＰＲＥに更新する（Ｓ４９）。つまり、ステップＳ４９において、最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷは、明るさデータＹＰＲＥ値となる。
【００５３】
その後、前述した過程をフレームが終わるまで繰り返して行う（Ｓ５０、Ｓ５１）。このような繰り返し的な動作により、１フレーム内の最終最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩと最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷが決定される。
【００５４】
このような方法で決定された最終最大値ＹＲＥＦ＿ＨＩを用いてゲインハイ値Ｇ＿ＨＩＧＨを決定し、最終最小値ＹＲＥＦ＿ＬＯＷを用いてゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷを決定する（Ｓ５２、Ｓ５３）。
【００５５】
ステップＳ５２において設定されたゲインハイ値Ｇ＿ＨＩＧＨとゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸとを比較する（Ｓ５４）。そして、ステップＳ５３において設定されたゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷとゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸとを比較する（Ｓ５５）。
【００５６】
ステップＳ５４において、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸがゲインハイ値Ｇ＿ＨＩＧＨより大きければ、ゲインハイ値Ｇ＿ＨＩＧＨが選択され、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸがゲインハイ値Ｇ＿ＨＩＧＨより小さければ、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸが選択される（Ｓ５６、Ｓ５７）。このように選択されたゲイン値は、明るさデータＹＰＲＥ＞１２８区間でのゲインコントラストとなる。
【００５７】
ステップＳ５５において、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸがゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷより小さければ、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸが選択され、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸがゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷより大きければ、ゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷが選択される（Ｓ５８、Ｓ５９）。このように選択されたゲイン値は、明るさデータＹＰＲＥ＞１２８区間でのゲインコントラストとなる。
【００５８】
上記に説明した過程により得られたイメージ明るさ分布を数式（数１）で表した。
【００５９】
【数１】
0005231734.tif 000002
【００６０】
一方、従来の技術のように、単一ゲインコントラストの場合、イメージ明るさ分布を下記の数式（数２）で表した。
【００６１】
【数２】
0005231734.tif 000003
【００６２】
上記数式２において、「ＧＣＯＮＳＴ」は、単一ゲインコントラストを表わす。
【００６３】
以下、単一ゲインコントラスト法と２重ゲインコントラスト法を適用したとき、低対比映像、高対比映像、明るい映像及び暗い映像に対するイメージ明るさ分布を比較する。
【００６４】
図５Ａ〜図５Ｃは、低対比映像に対する単一ゲインコントラスト法と２重ゲインコントラスト法によるイメージ明るさ分布を比較するためのヒストグラム（histogram）である。
【００６５】
詳しくは、図５Ａは、低対比映像の原本で、図５Ｂは、単一ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図で、図５Ｃは、本発明によって２重ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図である。ここで、図５Ｂの単一ゲインコントラストＧＣＯＮＳＴは、１．５である。
【００６６】
図５Ｂに示すように、単一ゲインコントラスト法を適用したとき、映像に関係なく、ゲインが常に一定のため、変換された映像のヒストグラムが全領域に分布せず、一部の領域に分布されている。これに対して、図５Ｃに示すように、２重ゲインコントラスト法を適用したときは、変換された映像のヒストグラムが全領域に分布するため、最も良い明るさ分布を有するイメージを得ることができる。
【００６７】
図６Ａ〜図６Ｃは、高対比映像に対する単一ゲインコントラスト法と２重ゲインコントラスト法によるイメージ明るさ分布を比較するためのヒストグラムである。
【００６８】
詳しくは、図６Ａは、高対比映像の原本で、図６Ｂは、単一ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図で、図６Ｃは、本発明によって２重ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図である。ここで、図６Ｂの単一ゲインコントラストＧＣＯＮＳＴは、１．５である。
【００６９】
図６Ｂに示すように、単一ゲインコントラスト法を適用するときは、データが、「０≦Ｙ≦１６」と「２３５≦Ｙ≦２５０」とにおいて多く分布することが分かる。これに対して、図６Ｃに示すように、２重ゲインコントラスト法を適用するときは、データが、「０≦Ｙ≦１６」と「２３５≦Ｙ≦２５０」とにおいて存在しないことが分かる。すなわち、高対比映像の場合、明るさ分布に対するヒストグラムが既に均等な領域に分布するため、コントラストによる明るさ分布調節をする必要がないが、単一ゲインコントラスト法を適用するとき、一律的に同じ単一ゲインを加えるため、「０≦Ｙ≦１６」と「２３５≦Ｙ≦２５０」との領域において多くのデータが分布して、イメージの低下が生じる。
【００７０】
図７Ａ〜図７Ｃは、明るい映像に対する単一ゲインコントラスト法と２重ゲインコントラスト法によるイメージ明るさ分布を比較するためのヒストグラムである。
【００７１】
図７Ａは、明るい映像の原本で、図７Ｂは、単一ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図で、図７Ｃは、２重ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図である。ここで、図７Ｂの単一ゲインコントラストＧＣＯＮＳＴは、１．５である。
【００７２】
明るい映像は、明るさ分布に対するヒストグラムがほとんど「Ｙ＞１２８」の領域に分布するようになるが、図７Ｂに示すように、単一ゲインコントラスト法を適用するときは、「Ｙ＝２３５」に多くのデータが分布するようになる。これに対して、図７Ｃに示すように、２重ゲインコントラスト法を適用するときは、「Ｙ＞１２８」の領域に対しては、ほとんど原本映像と変化がなく、「Ｙ＜１２８」の領域のみで明るさ分布を調節した。この時、「Ｙ＜１２８」の領域は、ゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷがゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸ（例えば、２に設定）より大きくなるため、「Ｙ＜１２８」の領域でゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸが使用された。
【００７３】
最後に、図８Ａ〜図８Ｃは、暗い映像に対する単一ゲインコントラスト法と２重ゲインコントラスト法によるイメージ明るさ分布を比較するためのヒストグラムである。
【００７４】
図８Ａは、暗い映像の原本で、図８Ｂは、単一ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図で、図８Ｃは、２重ゲインコントラスト法を適用したときのイメージ明るさ分布図である。ここで、図８Ｂの単一ゲインコントラストＧＣＯＮＳＴは、１．５である。
【００７５】
暗い映像は、明るさ分布に対するヒストグラムがほとんど「Ｙ＜１２８」の領域に分布するようになるが、図８Ｂに示すように、単一ゲインコントラスト法を適用するときは、「Ｙ＝１６」に多くのデータが分布するようになる。これに対して、図８Ｃに示すように、２重ゲインコントラスト法を適用するときは、「Ｙ＜１２８」の領域に対して相対的にゲインロー値Ｇ＿ＬＯＷが小さな値に決定され、「Ｙ＞１２８」の領域ではゲインハイ値Ｇ＿ＨＩＧＨがゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸより大きく決定されて、ゲイン最大値Ｇ＿ＭＡＸが使用された。
【００７６】
本発明によれば、イメージ明るさ分布のうち、暗い部分の最小データと明るい部分の最大データを算出して、最小データと最大データの値に応じて、暗い部分と明るい部分の２重ゲインコントラストを決定し、イメージ明るさ分布を調節することによって、単一ゲインコントラスト法を適用するときに引き起こされる出力動的範囲拡張の限界を克服し、入力動的範囲の減少現象を防止してイメージ明るさ分布を安定に調節することができるという効果を奏する。
【００７７】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来の技術に係る単一ゲインコントラスト調節部を備えたイメージセンサーの構成を説明するために示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る２重ゲインコントラスト調節部を備えたイメージセンサーの構成を説明するために示したブロック図である。
【図３】図２に示されたデジタル信号処理部の構成を詳細に示したブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るイメージ明るさ分布調節方法を説明するために示したフローチャートである。
【図５Ａ】低対比映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図５Ｂ】低対比映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図５Ｃ】低対比映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図６Ａ】高対比映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図６Ｂ】高対比映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図６Ｃ】高対比映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図７Ａ】明るい映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図７Ｂ】明るい映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図７Ｃ】明るい映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図８Ａ】暗い映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図８Ｂ】暗い映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【図８Ｃ】暗い映像における本発明と従来の技術とを比較するための比較図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１１０      画素アレイ部
２０、１２０      ＣＤＳ
３０、１３０      ＰＧＡ
４０、１４０      ＡＤＣ
５０、１５０      タイミング制御部
６０、１６０      ＤＳＰ
６１      単一ゲインコントラスト調節部
７０、１７０      ラインバッファ
１６１      ガンマ補正部
１６２      カラー補間部
１６３      カラー補正部
１６４      カラー空間変換部
１６５      ２重ゲインコントラスト調節部
１６６      出力フォーマッティング部
１６７      ＡＷＢ
１６８      ＡＥＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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